[论文解读] Reducing the Risk of Cascading Failures via Transmission Switching.

Sayed Abdullah Sadat, Mostafa Sahraei‐Ardakani|arXiv (Cornell University)|Aug 21, 2018

Power System Reliability and Maintenance参考文献 15被引用 7

一句话总结

本文提出将输电线路开断作为预防性和纠正性控制手段，通过降低系统应力指标来减少电力系统中级联故障的风险。系统应力指标是基于潮流分析与图论推导出的度量标准，用于量化系统对级联停电的敏感性。在IEEE-118母线系统上的结果表明，将线路退出运行可降低系统应力，这与传统观点相悖，即认为停运线路会增加风险。

ABSTRACT

After decades of research, cascading blackouts remain one of the unresolved challenges in the bulk power systems. A new perspective for measuring the susceptibility of the system to cascading failures is clearly needed. The newly developed concept of system stress metrics may be able to provide new insight into this problem. The method employs power engineering and graph theory to analyze the network structure and electrical properties of the system, with metrics that measure stress as the susceptibility to cascading failures. In this paper, we investigate the effectiveness of transmission switching in reducing the risk of cascading failures, measured in system stress metrics. A case study, analyzing different metrics on IEEE-118 bus test system, is presented. The results show that transmission switching can be used as a preventive as well as a corrective mechanism to reduce the system's susceptibility to cascading failures. Contrary to the conventional operation wisdom that switching lines out of service jeopardizes reliability, our results suggest the opposite; system operators can use transmission switching, when the system is under stress, as a tool to reduce the risk of cascading failures.

研究动机与目标

• 为应对大容量电力系统中持续存在的级联大停电问题，尽管数十年来研究不断，但该问题仍未解决。
• 开发并应用一种新的系统应力指标，利用潮流分析与图论量化系统对级联故障的敏感性。
• 评估输电线路开断——通常被视为可靠性风险——是否实际上可降低系统应力并防止级联故障。
• 测试输电线路开断作为预防性与纠正性控制在系统应力条件下降低系统应力的有效性。

提出的方法

• 系统应力指标基于潮流分析与图论方法推导，用于量化系统对级联停电的脆弱性。
• 该指标通过评估预想故障方式下潮流再分配与网络拓扑的变化，评估系统距离崩溃的接近程度。
• 输电线路开断被建模为一种控制行为，通过断开或闭合输电线路来重构网络，从而改变潮流分布。
• 该方法利用系统应力指标评估多种开断配置，以识别能最小化应力并降低级联故障风险的方案。
• IEEE-118母线测试系统被用作基准，以模拟各种应力场景并测试开断策略。
• 该方法将电力系统安全评估与网络拓扑优化相结合，以识别最优开断操作。

实验结果

研究问题

• RQ1 输电线路开断能否通过系统应力指标的降低，减少系统对级联故障的敏感性？
• RQ2 在系统应力条件下，将输电线路停运是否实际上能提升系统韧性，而非降低？
• RQ3 与纠正性控制相比，输电线路开断作为预防性控制在降低系统应力方面的有效性如何？
• RQ4 网络拓扑结构与潮流再分配在决定级联故障风险中起什么作用？

主要发现

• 在IEEE-118母线系统中，输电线路开断显著降低了系统应力指标，表明系统对级联故障的敏感性降低。
• 将线路退出运行可降低系统应力，这与传统观点相悖，即认为停运线路会增加风险。
• 该方法识别出某些特定开断操作比其他操作更有效地降低应力，表明存在针对性控制策略的潜力。
• 系统应力指标成功捕捉了系统脆弱性的变化，使开断策略的定量评估成为可能。
• 输电线路开断在预想故障前与故障后均有效，支持其作为双重用途控制机制的应用。
• 结果表明，系统调度员可将开断作为主动工具，在系统应力条件下提升系统韧性。